KR100293463B1 - 레이저다이오드및그제조방법 - Google Patents

레이저다이오드및그제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100293463B1
KR100293463B1 KR1019970080710A KR19970080710A KR100293463B1 KR 100293463 B1 KR100293463 B1 KR 100293463B1 KR 1019970080710 A KR1019970080710 A KR 1019970080710A KR 19970080710 A KR19970080710 A KR 19970080710A KR 100293463 B1 KR100293463 B1 KR 100293463B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
laser diode
type
mesa
conductive
Prior art date
Application number
KR1019970080710A
Other languages
English (en)
Other versions
KR19990060483A (ko
Inventor
서주옥
Original Assignee
구자홍
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 구자홍, 엘지전자 주식회사 filed Critical 구자홍
Priority to KR1019970080710A priority Critical patent/KR100293463B1/ko
Publication of KR19990060483A publication Critical patent/KR19990060483A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100293463B1 publication Critical patent/KR100293463B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3205—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures with an active layer having a graded composition in the growth direction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18344—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] characterized by the mesa, e.g. dimensions or shape of the mesa
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

고출력용 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기판상에 완충층 및 질화막을 순차적으로 형성하고, 질화막의 소정영역을 제거하여 완충층을 노출시키고 노출된 완충층상에서 선택적으로 메사층을 형성한 후, 메사층을 포함한 전면에 제 1 도전형 클래드층, 활성층, 제 2 도전형 클래드층, 제 2 도전형 콘택층을 순차적으로 형성한다. 그리고, 제 2 도전형 콘택층 상부 및 기판 하부에 각각 전극을 형성함으로써 제작된 레이저 다이오드의 활성층이 양쪽 벽개면 부근에서 굽어지게 형성되어 공정이 용이하고, 벽개면이 손상되지 않고도 안정적으로 고출력 동작이 가능하다.

Description

레이저 다이오드 및 그 제조방법
본 발명은 레이저 다이오드에 관한 것으로, 특히 고출력용 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 가시광 레이저 다이오드는 광기억, 스캐너(scanner), 포인터(pointer), 가스 센서 등의 여러 분야에서 점점 그 사용분야가 넓어지고 있다.
특히, 최근에 등장한 DVD의 읽기, 쓰기에서의 응용 때문에 그 중요도가 높아지고 있다.
DVD의 읽기에 사용되는 저출력의 레이저 다이오드는 이미 상용화되어 있는데, 쓰기에 사용되는 30mW 이상의 고출력 레이저 다이오드는 그 기술이 완전히 정착되지 않고 있다.
여기서 설명하는 종래 기술은 고출력 레이저 다이오드를 구현하기 위한 방법중의 하나로서 780nm 레이저 다이오드에도 많이 쓰이는 기술이다.
도 1a 내지 1e는 종래 기술에 따른 레이저 다이오드의 제조공정을 보여주는 도면으로서, 먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이 MOCVD법으로 n형 GaAs 기판(1)상에 n형 GaAs 버퍼층(2), n형 AlGaInP 클래드층(3), 단일양자우물 또는 다중양자우물 구조의 활성층(4), p형 AlGaInP 클래드층(5) 순차적으로 성장시킨다.
그리고, 사진 현상 및 화학식각으로 사다리꼴 모양의 리지(ridge)를 현상한다.
이어, 도 1b에 도시된 바와 같이, p형 AlGaInP 클래드층(5)상에 Si3N4또는 SiO2로 이루어진 절연막(6)을 형성하고, 사진 현상 및 화학식각으로 레이저 다이오드의 캐비티(cavity)의 일부분, 즉 광이 출력되는 벽개면 근방의 절연막(6)을 제거한 후, 나머지 부분의 절연막(6)을 마스크로 하여 이 벽개면(7) 부근에 Zn 확산을 시킨다.
이때, Zn 확산의 깊이는 n형 AlGaInP 클래드층(3)의 일부분까지 정확하게 조절하여야 한다.
이처럼 Zn 확산을 시키는 이유는 고출력 레이저 다이오드에서 광이 벽개면으로 고밀도로 방출되기 때문에 이 벽개면에서의 표면 스테이트(state) 및 활성층을 이루고 있는 물질에서의 미세결함에 의해 광흡수가 일어나 벽개면이 손상되어 레이저 다이오드가 동작할 수 없게 되기 때문이다.
그러므로 Zn 확산을 하여 광이 흡수되지 않고 통과할 수 있도록 이 벽개면 근방의 활성층의 에너지 밴드 갭(energy band gap)을 크게하는 것이다.
그리고, 도 1c에 도시된 바와 같이, 리지 상부에만 절연막(6)을 남기고 나머지 절연막(6)은 BHF로 제거한다.
이어, 도 1d에 도시된 바와 같이, 남아 있는 절연막(6)을 마스크로 n형 GaAs 전류제한층(8)을 성장시키고, 도 1e에 도시된 바와 같이, 그 위에 n형 GaAs 콘택층(9)을 성장한 다음, n형 GaAs 콘택층(9)의 상면과 n형 GaAs 기판(1) 하면에 각각 전극(도시하지 않음)을 형성하여 레이저 다이오드를 제작한다.
여기서, 전류제한층(8)을 형성하는 이유는 벽개면 부근으로는 전류가 흐르지 않도록 하여 광발생 및 전류 흐름에 의한 열발생을 없애기 위함이다.
이렇게 완성된 레이저 다이오드는 양쪽 전극에 부하를 인가하면 p형 클래드층 및 n형 클래드층으로부터 각각 정공 및 전자들이 활성층으로 들어가 재결합하여 광을 생성하게 되는데 이 생성된 광이 캐비티를 왕복하면서 증폭되어 레이저가 벽개면 밖으로 방출되게 된다.
이러한 구조에서 보면 전류가 벽개면 근방으로는 전류제한층 때문에 흐르지 않아 전류 흐름에 열발생이 없고 또한 광방출면(벽개면) 부근의 활성층의 밴드 갭 에너지가 내부보다 크기 때문에 광의 흡수에 의한 벽개면 손상을 줄여 고출력 동작이 가능하게 된다.
종래 기술에 따른 레이저 다이오드에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
제조공정이 복잡하고, Zn 확산 공정시 정확하게 그 확산 깊이를 조절해야 하는 어려움이 있다.
만일, Zn 확산이 활성층에 미치지 못하면 그 효과를 볼 수 없고, 또한 너무 확산 깊이가 커서 n형 클래드층 아래로 내려가면 레이저 다이오드 구동시 쇼트(short)가 발생할 수 있기 때문이다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 공정이 단순하고 안정적으로 동작할 수 있는 레이저 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
제1a 내지 1e도는 종래 기술에 따른 레이저 다이오드의 제조공정을 보여주는 도면.
제2a 내지 2d도는 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 제조공정을 보여주는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11 : n형 GaAs 기판 12 : n형 GaAs 완충층
13 : 질화막 14 : 메사층
15 : n형 AlGaInP 클래드층 16 : 활성층
17 : p형 AlGaInP 클래드층 18 : p형 GaAs 콘택층
19 : p형 전극 20 : n형 전극
본 발명에 따른 레이저 다이오드의 특징은 기판상에 완충층 및 질화막을 순차적으로 형성하는 스텝과, 질화막의 소정영역을 제거하여 완충층을 노출시키고 노출된 완충층상에 선택적으로 메사층을 형성하는 스텝과, 메사층을 포함한 전면에 제 1 도전형 클래드층, 활성층, 제 2 도전형 클래드층, 제 2 도전형 콘택층을 순차적으로 형성하는 스텝과, 제 2 도전형 콘택층 상부 및 기판 하부에 각각 전극을 형성하는 스텝으로 제작된 레이저 다이오드의 활성층이 양쪽 벽개면 부근에서 굽어져 형성되는데 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 레이저 다이오드 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 고출력의 레이저 다이오드를 제작하기 위해서는 무엇보다도 벽개면에서 광의 흡수가 일어나지 않도록 하는 것이 중요하다.
대부분의 레이저 다이오드가 동작하다가 고장나는 이유는 레이저 다이오드의 내부에서 생성되는 다크 라인 디펙트(dark line defect)나 다크 스폿 디펙트(dark spot defect) 때문이기도 하지만 주로 벽개면의 손상에 의해서 고장이 난다.
특히, 고출력 레이저 다이오드에서는 더욱 그러한 현상이 나타나기 때문에 벽개면 부분에서 광이 흡수되지 않도록 하는 것이 고출력 레이저 다이오드를 만드는데 있어서 중요하다.
그러므로, 본 발명에서는 도 2a 내지 2d에 도시된 것처럼 제작한다.
그 제작과정을 살펴보면, 먼저 도 2a에 도시된 바와 같이, n형 GaAs 기판(11)상에 n형 GaAs 완충층(12)을 성장하고, 그 위에 Si3N4으로 이루어진 질화막(13)을 형성한다.
그리고, 포토리소그래피 공정을 통해 300㎛ 간격으로 포토레지스트 패턴을 형성하고, BHF로 질화막(13)을 제거하여 n형 완충층(12)의 일부분을 노출시킨다.
이어, 노출된 n형 완충층(12)상에 선택적으로 n형 AlGaInP 메사층(14)을 성장시킨다.
그리고, 도 2b에 도시된 바와 같이, 메사층(14)을 포함한 전면에 n형 AlGaInP 클래드층(15), 활성층(16), p형 AlGaInP 클래드층(17), p형 GaAs 콘택층(18)을 순차적으로 성장시킨다.
여기서, n형 AlGaInP 클래드층(15), 활성층(16), p형 AlGaInP 클래드층(17), p형 GaAs 콘택층(18)은 메사층(14)으로 인하여 메사층(14) 부근에서 휘어져 형성된다.
이어, 도 2c에 도시된 바와 같이, p형 GaAs 콘택층(18)상에 p형 전극(19)을 형성하고 n형 GaAs 기판(11) 하부에는 n형 전극(20)을 형성한 다음, 도 2d에 도시된 바와 같이, 메사 가운데를 벽개하여 레이저 다이오드를 제작한다.
이와 같이 제작된 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 동작을 살펴보면, 양쪽전극에 부하를 인가하면 n형 클래드층으로부터 전자들이 활성층으로 이동하고 p형 클래드층으로부터 정공들이 활성층으로 이동하여 재결합함으로써 광이 발생하고 이 광은 도파로를 따라 전파되다가 활성층이 굽어지는 부분(도 2d의 A)에서 반사를 반복하여 일정한 출력이 되면 벽개면 밖으로 방출되게 된다.
즉, 활성층이 벽개면 근방에서 굽어 있으므로 활성층과 평행한 방향으로는 밴드 갭 에너지가 활성층보다 큰 n형 AlGaInP 물질로 되어 있기 때문에 전파되는 광이 흡수되지 않고 통과하게 됨으로써 레이저 다이오드가 고출력 동작을 할 때에도 벽개면이 파괴되지 않고 동작할 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 공정이 용이하고, 종래와 같이 Zn 확산 공정의 어려움을 없앰으로써, 벽개면이 손상되지 않고도 안정적으로 고출력 동작이 가능하다.

Claims (4)

  1. 기판상에 형성되는 완충층; 상기 완충층상의 소정영역에 선택적으로 형성되는 메사층; 상기 메사층을 포함한 전면에 형성되는 제 1 도전형 클래드층; 상기 제 1 도전형 클래드층상에 형성되는 활성층; 상기 활성층상에 형성되는 제 2 도전형 클래드층; 상기 제 2 도전형 클래드층상에 제 2 도전형 콘택층; 상기 제 2 도전형 콘택층 상부 및 기판 하부에 각각 형성되는 전극을 포함하고, 상기 제1도전형 클래드층, 활성층, 제2도전형 클래드층 및 제2도전형 콘택층은 레이저 다이오드의 양쪽 벽개면 부근에서 굽어져 형성됨을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제 1 도전형 클래드층 및 메사층은 n형 AlGaInP임을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  3. 기판상에 완충층 및 질화막을 순차적으로 형성하는 스텝; 상기 질화막의 소정영역을 제거하여 상기 완충층을 노출시키고, 노출된 완충층상에 선택적으로 메사층을 형성하는 스텝; 상기 메사층을 포함한 전면에 제 1 도전형 클래드층, 활성층, 제 2 도전형 클래드층, 제 2 도전형 콘택층을 순차적으로 형성하는 스텝; 상기 제 2 도전형 콘택층 상부 및 기판 하부에 각각 전극을 형성하는 스텝으로 이루어짐을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제 1 도전형 클래드층은 상기 활성층보다 밴드 갭 에너지가 큰 물질임을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
KR1019970080710A 1997-12-31 1997-12-31 레이저다이오드및그제조방법 KR100293463B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019970080710A KR100293463B1 (ko) 1997-12-31 1997-12-31 레이저다이오드및그제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019970080710A KR100293463B1 (ko) 1997-12-31 1997-12-31 레이저다이오드및그제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19990060483A KR19990060483A (ko) 1999-07-26
KR100293463B1 true KR100293463B1 (ko) 2001-10-25

Family

ID=37527296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970080710A KR100293463B1 (ko) 1997-12-31 1997-12-31 레이저다이오드및그제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100293463B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63177488A (ja) * 1987-01-17 1988-07-21 Mitsubishi Electric Corp 集積型半導体レ−ザ装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63177488A (ja) * 1987-01-17 1988-07-21 Mitsubishi Electric Corp 集積型半導体レ−ザ装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR19990060483A (ko) 1999-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6888866B2 (en) Semiconductor laser device with a current non-injection region near a resonator end face, and fabrication method thereof
US6539040B2 (en) Laser diode and fabrication process thereof
KR19990072352A (ko) 자기발진형반도체레이저
KR100232993B1 (ko) 반도체 레이저장치 및 그 제조방법
JP2003229635A (ja) 半導体光集積素子
US5781577A (en) Semiconductor laser
KR100293463B1 (ko) 레이저다이오드및그제조방법
JP2002204031A (ja) 半導体レーザーダイオード及びその製造方法
JPH0426558B2 (ko)
US5707892A (en) Method for fabricating a semiconductor laser diode
JPH0376287A (ja) ブロードエリアレーザ
JP2003046196A (ja) 半導体レーザおよびその作製方法
KR100265801B1 (ko) 레이저 다이오드 및 그의 제조 방법
KR100408526B1 (ko) GaN계레이저다이오드
KR100389907B1 (ko) ＧａＮ계 화합물 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조 방법
JPS60126885A (ja) 半導体発光装置
KR100287202B1 (ko) 반도체레이저소자및그제조방법
JPH07106694A (ja) 半導体レーザー
JP2006073705A (ja) 半導体レーザ素子
KR101028262B1 (ko) 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법
KR960016180B1 (ko) 화합물 반도체 레이저 다이오드
JPS5992590A (ja) 半導体レ−ザ
JP2005159072A (ja) 半導体レーザ素子及びその製造方法
JPH0582893A (ja) 面発光半導体レ−ザ装置
JPS59149079A (ja) 半導体レ−ザ素子およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120327

Year of fee payment: 12

LAPS Lapse due to unpaid annual fee